(57)【要約】【課題】  多層回路基板内にメッキ液が侵入することによる不良の発生を低減する。【解決手段】  複数の誘電体層１１〜１４によって構成される誘電体基板１０と、誘電体基板１０の表面１０ａ，１０ｂに形成されたパッド電極パターン２１，２２と、誘電体基板１０の内部に形成された対向電極パターン２０ａとを備える。パッド電極パターン２１，２２と内部導体２０は直流的に接続されているのではなく、誘電体層１１又は１４を介した対向電極パターン２０ａとの容量結合によって高周波的に接続されている。これにより、最下層又は最上層に位置する誘電体層１１，１４に形成すべきビアの数を減らすことができることから、ビアを介したメッキ液の侵入を防止することが可能となり、メッキ液の侵入に起因する腐食の発生を効果的に防止することが可能となる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘電体層によって構成される誘電体基板と、前記誘電体基板の表面に形成されたパッド電極パターンと、前記誘電体基板の内部に形成された対向電極パターンとを備え、前記パッド電極パターンと前記対向電極パターンは容量結合により接続されていることを特徴とする多層回路基板。
【請求項２】
前記パッド電極パターンの外周部を覆う絶縁部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の多層回路基板。
【請求項３】
前記パッド電極パターンのうち、前記絶縁部材に覆われていない露出部分に設けられた外部電極をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の多層回路基板。
【請求項４】
前記誘電体基板がセラミック材料によって構成され、前記絶縁部材が樹脂材料によって構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の多層回路基板。
【請求項５】
前記誘電体基板及び前記絶縁部材がいずれもセラミック材料によって構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の多層回路基板。
【請求項６】
前記パッド電極パターンと前記対向電極パターンが互いに異なる導電材料によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の多層回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多層回路基板に関し、特に、高周波モジュールを構成するのに好適な多層回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機などに用いられる高周波モジュールは、半導体チップとこれを実装する多層回路基板が用いられることが多く、多層回路基板を構成する誘電体としては、いわゆるＬＴＣＣ（低温焼成セラミック）が広く用いられている。ＬＴＣＣを用いた多層回路基板は、配線パターンと誘電体層の同時焼成を行うことが可能であり、このため、配線パターンの材料として銀（Ａｇ）などの低融点材料を用いることが可能となる。
【０００３】
多層回路基板の表面には、半導体チップやプリント基板と接続するためのパッド電極パターンが設けられるが、銀（Ａｇ）を用いたパッド電極パターンをそのまま使用すると、実装時にパッド電極パターンを構成する銀（Ａｇ）が半田に溶け出し、その結果、接続不良などが生じてしまう。これを防止するためには、銀（Ａｇ）を用いたパッド電極パターンの表面にニッケル（Ｎｉ）等の金属をメッキ処理する必要がある。
【特許文献１】特許第３５５６４７０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなメッキ処理を行うと、パッド電極パターンと内部導体を接続するためのビアにメッキ液が侵入し、その結果、内部導体やビア導体がメッキ液によって腐食するおそれがあった。このような腐食は導通不良の原因となることから、できるかぎりメッキ液の侵入を抑制する必要がある。メッキ液の侵入を防止するためには、ビアを導体によって完全に充填すれば良いが、実際には、全てのビアを完全に充填することは困難である。
【０００５】
他方、多層回路基板に設けられるパッド電極パターンの数は年々増加しており、これに伴って、メッキ液の侵入による不良の発生確率はますます高くなる傾向にある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、メッキ液の侵入による不良の発生を効果的に低減することが可能な多層回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による多層回路基板は、複数の誘電体層によって構成される誘電体基板と、前記誘電体基板の表面に形成されたパッド電極パターンと、前記誘電体基板の内部に形成された対向電極パターンとを備え、前記パッド電極パターンと前記対向電極パターンは容量結合により接続されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、パッド電極パターンと内部導体が直流的に接続されているのではなく、誘電体層を介した対向電極パターンとの容量結合によって高周波的に接続されていることから、最下層又は最上層に位置する誘電体層に形成すべきビアの数を減らすことが可能となる。その結果、このようなビアを介したメッキ液の侵入を防止することが可能となり、メッキ液の侵入に起因する腐食の発生を効果的に防止することが可能となる。
【０００９】
また、本発明による多層回路基板では、パッド電極パターンと対向電極パターンが物理的に接していないことから、パッド電極パターンと対向電極パターンを互いに異なる導電材料によって構成することも可能となる。
【００１０】
本発明による多層回路基板は、パッド電極パターンの外周部を覆う絶縁部材をさらに備えることが好ましい。これによれば、パッド電極パターンが比較的大面積であっても、誘電体基板からの剥離が生じることがなく、信頼性を高めることが可能となる。
【００１１】
この場合、パッド電極パターンのうち、絶縁部材に覆われていない露出部分に設けられた外部電極をさらに備えることが好ましい。外部電極としては、半田ボールなどのボール状電極を用いることができ、その径に応じてパッド電極パターンの露出部分の径を定めればよい。
【００１２】
このような絶縁部材を用いる場合、誘電体基板をセラミック材料によって構成し、絶縁部材を樹脂材料によって構成しても構わないし、誘電体基板及び前記絶縁部材の両方をセラミック材料によって構成しても構わない。後者の場合、絶縁部材の材料として、誘電体基板を構成するセラミック材料と同じセラミック材料を用いることが特に好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、最下層又は最上層に位置する誘電体層に形成すべきビアの数を減らすことが可能となることから、このようなビアを介したメッキ液の侵入を防止することが可能となり、メッキ液の侵入に起因する腐食の発生を効果的に防止することが可能となる。これにより、電気特性を満足しつつ、製品の信頼性を高めることが可能となる。
【００１４】
しかも、本発明による多層回路基板においては、パッド電極パターンと対向電極パターンが物理的に接していないことから、パッド電極パターンと対向電極パターンを互いに異なる導電材料によって構成することも可能となる。これにより、設計自由度が向上するとともに、材料コストを低減することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の好ましい実施形態による多層回路基板２の構成を模式的に示す略部分断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態による多層回路基板２は、複数の誘電体層１１〜１４によって構成される誘電体基板１０と、誘電体基板１０の内部に形成された内部導体２０と、誘電体基板１０の表面１０ａ，１０ｂにそれぞれ形成されたパッド電極パターン２１，２２とを備えている。本実施形態では、誘電体基板１０を構成する誘電体層１１〜１４が４層であるが、これはあくまで一例であり、２層以上であれば何層であっても構わない。誘電体基板１０の表面１０ａは、例えばマザーボードや外部モジュール基板に搭載される側の面であり、誘電体基板１０の表面１０ｂは、例えば半導体チップや各種電子部品を搭載する側の面である。したがって、本実施形態による多層回路基板２は、いわゆるインターポーザ乃至はドーター基板（daughter board）として用いることができる。
【００１８】
誘電体基板１０を構成する誘電体層１１〜１４の材料としては、特に限定されるものではないが、セラミック材料を用いることが好ましく、セラミック材料にガラス成分（フリット材）を含むＬＴＣＣ（低温焼成セラミック）を用いることが特に好ましい。ＬＴＣＣは低温での焼成が可能であることから、これを用いることにより、内部導体２０等の配線パターンと誘電体層１１〜１４の同時焼成を行うことが可能となる。また、ガラス成分を添加すると、セラミック粉体の粒界に起因する欠陥が少なくなり、且つ、平滑性が向上するという利点を得ることも可能となる。
【００１９】
この場合、ガラス成分を６０〜８０体積％とし、骨材であるセラミック成分を４０〜２０体積％とすることが特に好ましい。これは、ガラス成分の割合が６０体積％未満又は８０体積％超であると複合組成物となりにくく、強度及び成形性が低下するからである。これに対し、ガラス成分とセラミック成分との割合を上記の範囲に設定すれば、ガラス成分を含まないセラミック基板とほぼ同等の強度及び成形性を確保しつつ、粒界に起因する欠陥が大幅に低減され、平滑性を大幅に向上させることが可能となる。
【００２０】
具体的なセラミック成分やガラス成分の種類については、目的とする比誘電率（εｒ）や焼成温度等に基づいて適宜選択すれば良く、例えば、セラミック成分としては、アルミナ、マグネシア、スピネル、シリカ、ムライト、フォルステライト、ステアタイト、コージェライト、ストロンチウム長石、石英、ケイ酸亜鉛、ジルコニア等を用いることができる。また、ガラス成分としては、例えば、ホウケイ酸ガラス、鉛ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸バリウムガラス、ホウケイ酸ストロンチウムガラス、ホウケイ酸亜鉛ガラス、ホウケイ酸カリウムガラス等を用いることができる。
【００２１】
図１に示すように、内部導体２０は、パッド電極パターン２１，２２と対向する対向電極パターン２０ａと、異なる層に形成された内部導体２０同士を接続するビア導体２０ｂとを含んでいる。本実施形態では、パッド電極パターン２１，２２がビア導体などによって内部導体２０と直流的に接続されているのではなく、誘電体層１１，１４を介した対向電極パターン２０ａとの容量結合によって高周波的に接続されている。つまり、誘電体基板１０の表面１０ａに設けられたパッド電極パターン２１については、最下層に位置する誘電体層１１を介して対向電極パターン２０ａと容量結合し、誘電体基板１０の表面１０ｂに設けられたパッド電極パターン２２については、最上層に位置する誘電体層１４を介して対向電極パターン２０ａと容量結合している。対向電極パターン２０ａは、誘電体層１１と誘電体層１２との間、並びに、誘電体層１３と誘電体層１４との間に設けられた内部導体２０の一部であり、パッド電極パターン２１，２２に対して所定面積の重なりを持って形成されている。
【００２２】
このような容量結合により、パッド電極パターン２１，２２と対向電極パターン２０ａとは高周波的に接続されることから、ビアを用いることなく高周波信号の授受を行うことが可能となる。必要な容量値は周波数によって異なるが、パッド電極パターン２１，２２と対向電極パターン２０ａとが重なる面積、誘電体層１１，１４の厚さ、さらには、誘電体層１１，１４の誘電率によって調整することが可能である。一方、異なる層に形成された内部導体２０同士の接続は、内部に位置する誘電体層１２，１３に形成されたビア導体２０ｂが用いられる。
【００２３】
内部導体２０及びパッド電極パターン２１，２２の材料についても特に限定されず、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）及びその合金等を用いることが可能である。尚、本実施形態による多層回路基板２では、パッド電極パターン２１，２２が内部導体２０と物理的に接していないことから、パッド電極パターン２１，２２と内部導体２０を異種の材料によって構成することが可能である。つまり、パッド電極パターン２１，２２と内部導体２０とが物理的に接している場合、これらを異種の材料によって構成すると、カーケンダール効果によって断線が生じることがあるが、本実施形態ではこれらが物理的に接触していないことから、異種の材料を使用してもこのような問題が生じることはない。これにより材料選択の範囲が増えるため設計自由度が向上するばかりでなく、低価格素材の使用により材料コストを低減することも可能となる。
【００２４】
図２は、パッド電極パターン２１，２２の略平面図である。
【００２５】
図２に示すように、本実施形態においては、パッド電極パターン２１，２２の外周部が絶縁部材３０によって覆われており、これによって、パッド電極パターン２１，２２は、絶縁部材３０によって覆われていない中央部分のみが露出した状態となっている。パッド電極パターン２１，２２の径φ１については、対向電極パターン２０ａとの結合に必要な容量値に応じて適宜設定すればよく、露出部分２１ａ，２２ａの径φ２については、パッド電極パターン２１，２２上に設けられる外部電極の径などに応じて適宜設定すればよい。尚、パッド電極パターン２１，２２の平面形状やその露出部分２１ａ，２２ａの平面形状については円形である必要はなく、その他の形状、例えば四角形であっても構わない。
【００２６】
図３は、パッド電極パターン２１，２２上に外部電極４０を設けた状態による多層回路基板２の構成を模式的に示す略部分断面図である。図３に示すように、パッド電極パターン２１，２２上の外部電極４０としては、半田ボールなどのボール状電極を用いることができ、上述のとおり、外部電極４０の径に応じてパッド電極パターン２１，２２の露出部分２１ａ，２２ａの径を定めればよい。一例として、パッド電極パターン２１，２２上に設ける外部電極４０が直径約０．５ｍｍのボール状電極である場合には、パッド電極パターン２１，２２の露出部分２１ａ，２２ａの径を０．４ｍｍ程度に設定すればよい。
【００２７】
パッド電極パターン２１，２２の材料として、銀（Ａｇ）のように半田への溶け出しが顕著な材料を用いる場合には、その表面をニッケル（Ｎｉ）などでメッキ処理する必要がある。しかしながら、本実施形態による多層回路基板２では、パッド電極パターン２１，２２と対向電極パターン２０ａとが容量結合によって高周波的に接続されていることから、パッド電極パターン２１，２２と内部導体２０とを接続するビアを形成する必要がなく、このため、メッキ液の侵入による腐食を効果的に防止することができる。
【００２８】
絶縁部材３０は、パッド電極パターン２１，２２の露出部分２１ａ，２２ａの径を定める役割を果たすのみならず、パッド電極パターン２１，２２の端部を覆うことによってパッド電極パターン２１，２２の剥離を防止する役割をも果たす。つまり、本実施形態において用いられるパッド電極パターン２１，２２は、一般的なパッド電極パターンと比べて大面積であるため、そのままでは剥離が生じやすいと考えられるが、本実施形態のように絶縁部材３０によってその周縁部を覆えば、パッド電極パターン２１，２２が大面積であっても、剥離が生じることはない。
【００２９】
絶縁部材３０の材料としては特に限定されるものではないが、樹脂材料やセラミック材料によって構成することができる。絶縁部材３０の材料として樹脂材料を用いる場合には、誘電体基板１０を焼成した後、スクリーン印刷法などを用いて樹脂材料を印刷することにより形成することができる。この場合、使用する外部電極４０の径が焼成後に変更された場合であっても、これに対応することが可能となる。一方、絶縁部材３０の材料としてセラミック材料を用いる場合には、誘電体基板１０の焼成前にスクリーン印刷法などを用いて樹脂材料を印刷した後、誘電体基板１０と一緒に焼成すればよい。後者の場合、絶縁部材３０の材料として、誘電体基板１０を構成するセラミック材料と同じセラミック材料を用いれば、焼成温度を変更する必要がない。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態による多層回路基板２では、パッド電極パターン２１，２２と対向電極パターン２０ａとが容量結合によって高周波的に接続されていることから、パッド電極パターン２１，２２と内部導体２０とを接続するビアを形成する必要がなくなる。このため、ビアを介したメッキ液の侵入を防止することが可能となり、メッキ液の侵入に起因する腐食の発生を効果的に防止することが可能となる。また、メッキ液がパッド電極パターン２１，２２内に侵入することはあり得るが、これにより僅かな腐食が発生したとしても、そもそもパッド電極パターン２１，２２は内部導体２０と接していないことから、これに起因して導通不良などが生じることはない。
【００３１】
また、本実施形態による多層回路基板２では、パッド電極パターン２１，２２が内部導体２０と物理的に接していないことから、パッド電極パターン２１，２２と内部導体２０を異種の材料によって構成することも可能であり、これによって、設計自由度が向上するとともに、材料コストを低減することも可能となる。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、パッド電極パターン２１，２２の外周部を絶縁部材３０によって覆っているが、パッド電極パターン２１，２２に要求される容量値によっては、このような絶縁部材３０を設ける必要はなく、これを省略しても構わない。
【００３４】
また、上記実施形態においては、最下層に位置する誘電体層１１及び最上層に位置する誘電体層１４にビアが形成されていないが、このようなビアを一部に形成しても構わない。すなわち、多くの多層回路基板では、低周波信号を授受するためのパッド電極パターンや、半導体チップ等に電力を供給するためのパッド電極パターンも必要とされることから、これらについては容量結合による接続は困難若しくは不可能である。したがって、このようなパッド電極パターンについては、従来通り、ビア導体を介して内部導体２０に接続する必要がある。しかしながら、少なくとも高周波信号を授受するパッド電極パターン２１，２２について容量結合による接続を行えば、最下層に位置する誘電体層１１及び最上層に位置する誘電体層１４に形成すべきビアの数を大幅に削減することができることから、結果的に、メッキ液の侵入による腐食の発生確率を大幅に低減することが可能となる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【００３６】
［実施例］
【００３７】
略平面図である図４に示すように、誘電体基板１０の表面１０ａに１００個（１０列×１０行）のパッド電極パターン２１を形成し、図４のＡ−Ａ線に沿った略断面図である図５に示すように、これらを容量接続によって内部導体２０と高周波的に接続した。誘電体基板１０は誘電体層１１〜１３の３層構造とし、各パッド電極パターン２１に対応する対向電極パターン２０ａは、連結鎖（ディジーチェーン）状の内部導体２０を介して誘電体基板１０の表面１０ｂに引き出し、当該表面１０ｂにて全て短絡した。パッド電極パターン２１の厚さについては１５μｍとし、パッド電極パターン２１と対向電極パターン２０ａとの重なりについては０．０９ｍｍ２に設定した。また、容量絶縁膜となる誘電体層１１の厚さについては、焼成後における厚さを０．０８ｍｍに設定した。内部導体２０及びパッド電極パターン２１の材料としては銀（Ａｇ）を用い、誘電体層１１〜１３の材料としてはＬＴＣＣ（εｒ＝６．３）を用いた。
【００３８】
そして、各パッド電極パターン２１に対して無電解ニッケルメッキ及び金メッキをこの順に施した後、各パッド電極パターン２１に対し２５ＧＨｚの高周波信号を印加し、インピーダンスを測定した。ニッケルメッキの厚さは２μｍとし、金メッキの厚さは０．５μｍとした。
【００３９】
その結果、各パッド電極パターン２１にインピーダンス異常は確認されず、正常に容量接続されていることが確認された。また、メッキ液の侵入について調べたところ、拡大断面図である図６に示すように、一部のパッド電極パターン２１についてメッキ液の侵入痕２９が確認されたが、メッキ液の侵入が確認されたパッド電極パターン２１と、メッキ液の侵入が確認されなかったパッド電極パターン２１のインピーダンスに差は見られず、このため、本テストサンプルではメッキ液の侵入が信号特性に影響しないことが確認された。
【００４０】
［比較例］
【００４１】
次に、略部分断面図である図７（実施例の図５に対応）に示すように、パッド電極パターン２１と内部導体２０とをビア導体２０ｂを介して接続した他は、上記の実施例と同様の構成を有するテストサンプルを作製し、各パッド電極パターン２１に対してメッキ処理を施す前に、各パッド電極パターン２１に対して導通試験を行った。
【００４２】
その結果、各パッド電極パターン２１に導通不良は確認されず、正常に接続されていることが確認された。次に、各パッド電極パターン２１に対して無電解ニッケルメッキ及び金メッキをこの順に施した後、各パッド電極パターン２１に対して再び導通試験を行った。ニッケルメッキの厚さは２μｍとし、金メッキの厚さは０．５μｍとした。
【００４３】
その結果、１００個中２個のパッド電極パターン２１に導通不良が確認された。導通不良の確認されたパッド電極パターン２１について調べたところ、拡大断面図である図８に示すように、ビアを介したメッキ液の侵入痕２９が確認され、これにより生じた内部配線２０の腐食によって断線していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の好ましい実施形態による多層回路基板２の構成を模式的に示す略部分断面図である。
【図２】パッド電極パターン２１，２２の略平面図である。
【図３】パッド電極パターン２１，２２上に外部電極４０を設けた状態による多層回路基板２の構成を模式的に示す略部分断面図である。
【図４】実施例及び比較例によるテストサンプルの略平面図である。
【図５】実施例によるテストサンプルの略部分断面図である。
【図６】実施例によるテストサンプルにおいて、メッキ液が侵入したパッド電極パターン２１の状態を示す略部分断面図である。
【図７】比較例によるテストサンプルの略部分断面図である。
【図８】比較例によるテストサンプルにおいて、メッキ液が侵入したパッド電極パターン２１の状態を示す略部分断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
２          多層回路基板
１０        誘電体基板
１０ａ，１０ｂ  誘電体基板の表面
１１〜１４  誘電体層
２０        内部導体
２０ａ      対向電極パターン
２０ｂ      ビア導体
２１，２２  パッド電極パターン
２１ａ，２２ａ  パッド電極パターンの露出部分
２９        メッキ液の侵入痕
３０        絶縁部材
４０        外部電極
φ１        パッド電極パターンの径
φ２        露出部分の径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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